JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neurociência

Evaluatie van halfrond lateralisatie met bilaterale lokale veld potentiële opname in de secundaire motorische cortex van muizen

Published: July 31, 2019
doi:
10.3791/59310
, , ,
1School of Life Sciences,Guangzhou University, 2Institute for Brain Research and Rehabilitation,South China Normal University, 3School of Life Sciences,South China Normal University

Summary

We presenteren in vivo elektrofysiologische opname van het lokale veld potentieel (LFP) in bilaterale secundaire motor cortex (m2) van muizen, die kan worden toegepast om de halfrond lateralisatie te evalueren. De studie onthulde veranderde niveaus van synchronisatie tussen de linker en rechter m2 in APP/PS1 muizen in vergelijking met WT besturingselementen.

Abstract

Dit artikel toont volledige, gedetailleerde procedures voor zowel in vivo bilaterale registratie en analyse van lokaal veld potentieel (LFP) in de corticale gebieden van muizen, die nuttig zijn voor het evalueren van mogelijke lateraal heden, evenals voor beoordeling van de hersen connectiviteit en koppeling van neurale netwerkactiviteiten bij knaagdieren. De pathologische mechanismen aan de basis van de ziekte van Alzheimer (AD), een gemeenschappelijke neurodegeneratieve ziekte, blijven grotendeels onbekend. Veranderde hersenen lateraliteit is aangetoond bij veroudering van mensen, maar of abnormale lateralisatie is een van de vroege tekenen van AD is niet vastgesteld. Om dit te onderzoeken, hebben we bilaterale LFPs opgenomen in 3-5-maand-oude advertentie model muizen, APP/PS1, samen met littermate wild type (WT)-besturingselementen. De LFPs van de linker-en rechter secundaire motor cortex (m2), met name in de gamma-band, waren meer gesynchroniseerd in APP/PS1-muizen dan in WT-besturingselementen, wat duidt op een geweigerde hemisferische asymmetrie van bilaterale m2 in dit advertentie muismodel. Met name de opname-en data-analyseprocessen zijn flexibel en gemakkelijk uit te voeren, en kunnen ook worden toegepast op andere hersen trajecten bij het uitvoeren van experimenten die zich richten op neuronale circuits.

Introduction

De ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende vorm van dementie1,2. Extracellulair bèta amyloïde eiwit (β-amyloïde proteïne, Aβ) depositie en intracellulaire neurofibrillaire tangles (NFTS) zijn de belangrijkste pathologische kenmerken van AD3,4,5, maar de onderliggende mechanismen van AD pathogenese blijft grotendeels onduidelijk. Cerebrale cortex, een belangrijke structuur in cognitie en geheugen, is aangetast in AD6, en motorische tekorten zoals Slow walking, moeilijkheden bij het navigeren door de omgeving en gang stoornissen treden op bij de voortschrijdende leeftijd7. Aβ-depositie en neurofibrillaire tangles zijn ook waargenomen in de premotorische cortex (PMC) en het aanvullende motor gebied (SMA) bij AD-patiënten8 en cognitief beïnvloede oudere volwassenen9, met vermelding van de betrokkenheid van een verminderde motor systeem in AD-pathogenese.

De hersenen worden gevormd door twee verschillende hersenhelften die worden gedeeld door een longitudinale spleet. Een gezonde hersenen vertoont zowel structurele en functionele asymmetrieën10, die wordt genoemd “lateralisatie”, waardoor de hersenen efficiënt omgaan met meerdere taken en activiteiten. Veroudering resulteert in een verslechtering van de cognitie en motoriek, samen met een afname van de hersenen lateraliteit11,12. De motorische capaciteiten van de linker hemisfeer zijn gemakkelijk zichtbaar in de gezonde hersenen13, maar in de AD-hersen afwijking optreedt als gevolg van het falen van de linker halfrond dominantie geassocieerd met links corticale atrofie14, 15,16. Daarom kan een goed begrip van een mogelijke wijziging van de hersens van de hersenen in AD-pathogenese en de onderliggende mechanismen nieuwe inzichten geven in AD-pathogenese en leiden tot identificatie van potentiële biomarkers voor behandeling.

Elektrofysiologische meting is een gevoelige en effectieve methode om veranderingen in de neuronale activiteiten van dieren te evalueren. De vermindering van de hemisferische asymmetrie in ouderlingen (HAROLD)17 is gedocumenteerd door elektrofysiologisch onderzoek met gesynchroniseerde interhemiferische overdrachtstijd, die de verzwakking of afwezigheid van hemisferische asymmetrie vertoont tot monauraal gepresenteerd spraak stimuli bij ouderen18. Met behulp van app/PS1, een van de meest gebruikte advertentie Muismodellen19,20,21,22, in combinatie met in vivo bilaterale extracellulaire opname van lfps in zowel linker-als rechter m2, we mogelijke lateraliteits tekorten in AD geëvalueerd. Bovendien, met eenvoudige parameterinstellingen, biedt de ingebouwde functie van data analysis software (Zie de tabel met materialen) een snellere en meer eenvoudige manier om de synchronisatie van elektrische signalen te analyseren dan wiskundig complexe programmeertaal, die is vriendelijk voor beginners met in vivo elektrofysiologie.

Protocol

Alle dieren werden gekoppeld-gehuisvest onder standaardomstandigheden (12 uur licht/donker, constante temperatuur omgeving, vrije toegang tot voedsel en water) volgens het Chinese ministerie van wetenschap en technologie laboratoriumdieren richtsnoeren en experimenten werden goedgekeurd door het lokale ethische Comité van de Universiteit van Guangzhou. Dit is een niet-overlevings procedure. Opmerking: voor gegevens die worden weergegeven in de representatieve resultaten, APP/PS1 (B6C3-TG (APP…

Representative Results

Om te zien of vroege advertentie pathologie de capaciteit van de halfrond lateralisatie schaadt, voerden we bilaterale extracellulaire LFP-opnames uit in de linker-en rechter m2 van APP/PS1-muizen en WT-besturingselementen (leeftijd 3-5 maanden) en analyseerden de kruiscorrelatie van deze links en rechter LFPs. In WT muizen, de resultaten toonden aan dat de gemiddelde correlatie tussen links en rechts LFPs op positieve tijdvertragingen significant verschalen van dat op negatieve tijdvertragingen, implicerend voor het bes…

Discussion

We rapporteren hier de procedure voor in vivo bilaterale extracellulaire opname, samen met het analyseren van de synchronisatie van Dual-Region LFP-signalen, die zowel flexibel als gemakkelijk te voeren is voor het inschatten van de hersen halfrond lateralisatie, evenals de connectiviteit, directionaliteit of koppeling tussen neurale activiteiten van twee hersengebieden. Dit kan op grote schaal worden gebruikt om niet alleen groep-neuronale activiteiten onthullen, maar ook een aantal fundamentele eigenschappen v…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gesteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (31771219, 31871170), de Science and Technology Division van Guangdong (2013KJCX0054), en de Natural Science Foundation van de provincie Guangdong (2014A030313418, 2014A030313440).

Materials

AC/DC Differential Amplifier A-M Systems Model 3000
Analog Digital converter Cambridge Electronic Design Ltd. Micro1401
Glass borosilicate micropipettes Nanjing spring teaching experimental equipment company 161230 Outer diameter: 1.0mm
Microelectrode puller Narishige PC-10
NaCl Guangzhou Chemical Reagent Factory 7647-14-5
Pin microelectrode holder World Precision Instruments, INC. MEH3SW10
Spike2  Cambridge Electronic Design Ltd.
Stereomicroscope Zeiss 435064-9020-000
Stereotaxic apparatus  RWD Life Science 68045
Urethane Sigma-Aldrich 94300
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Goedert, M., Spillantini, M. G. A century of Alzheimer’s disease. Science. 314 (5800), 777-781 (2006).
  2. Perrin, R. J., Fagan, A. M., Holtzman, D. M. Multimodal techniques for diagnosis and prognosis of Alzheimer’s disease. Nature. 461 (7266), 916-922 (2009).
  3. Cummings, B. J., Pike, C. J., Shankle, R., Cotman, C. W. Beta-amyloid deposition and other measures of neuropathology predict cognitive status in Alzheimer’s disease. Neurobiology of aging. 17 (6), 921-933 (1996).
  4. Gordon, M. N., et al. Correlation between cognitive deficits and Abeta deposits in transgenic APP+PS1 mice. Neurobiology of aging. 22 (3), 377-385 (2001).
  5. Fitzpatrick, A. W. P., et al. Cryo-EM structures of tau filaments from Alzheimer’s disease. Nature. 547 (7662), 185-190 (2017).
  6. Shankar, G. M., et al. Amyloid-beta protein dimers isolated directly from Alzheimer’s brains impair synaptic plasticity and memory. Nature medicine. 14 (8), 837-842 (2008).
  7. Buchman, A. S., Bennett, D. A. Loss of motor function in preclinical Alzheimer’s disease. Expert review of neurotherapeutics. 11 (5), 665-676 (2011).
  8. Arnold, S. E., Hyman, B. T., Flory, J., Damasio, A. R., Van Hoesen, G. W. The topographical and neuroanatomical distribution of neurofibrillary tangles and neuritic plaques in the cerebral cortex of patients with Alzheimer’s disease. Cerebral cortex. 1 (1), 103-116 (1991).
  9. Giannakopoulos, P., Hof, P. R., Michel, J. P., Guimon, J., Bouras, C. Cerebral cortex pathology in aging and Alzheimer’s disease: a quantitative survey of large hospital-based geriatric and psychiatric cohorts. Brain research. Brain research reviews. 25 (2), 217-245 (1997).
  10. Renteria, M. E. Cerebral asymmetry: a quantitative, multifactorial, and plastic brain phenotype. Twin research and human genetics : the official journal of the International Society for Twin Studies. 15 (3), 401-413 (2012).
  11. Derflinger, S., et al. Grey-matter atrophy in Alzheimer’s disease is asymmetric but not lateralized. Journal of Alzheimer’s disease : JAD. 25 (2), 347-357 (2011).
  12. Abdul Manan, H., Yusoff, A. N., Franz, E. A., Sarah Mukari, S. Z. Early and Late Shift of Brain Laterality in STG, HG, and Cerebellum with Normal Aging during a Short-Term Memory Task. ISRN neurology. 2013, 892072 (2013).
  13. Kim, S. G., et al. Functional magnetic resonance imaging of motor cortex: hemispheric asymmetry and handedness. Science. 261 (5121), 615-617 (1993).
  14. Bartolomeo, P., D’Erme, P., Perri, R., Gainotti, G. Perception and action in hemispatial neglect. Neuropsychologia. 36 (3), 227-237 (1998).
  15. Bartolomeo, P., et al. Right-side neglect in Alzheimer’s disease. Neurology. 51 (4), 1207-1209 (1998).
  16. Thompson, P. M., et al. Tracking Alzheimer’s disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 183-214 (2007).
  17. Cabeza, R., Anderson, N. D., Locantore, J. K., McIntosh, A. R. Aging gracefully: compensatory brain activity in high-performing older adults. NeuroImage. 17 (3), 1394-1402 (2002).
  18. Bellis, T. J., Nicol, T., Kraus, N. Aging affects hemispheric asymmetry in the neural representation of speech sounds. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 20 (2), 791-797 (2000).
  19. Jankowsky, J. L., et al. Co-expression of multiple transgenes in mouse CNS: a comparison of strategies. Biomolecular engineering. 17 (6), 157-165 (2001).
  20. Venegas, C., et al. Microglia-derived ASC specks cross-seed amyloid-beta in Alzheimer’s disease. Nature. 552 (7685), 355-361 (2017).
  21. Busche, M. A., et al. Tau impairs neural circuits, dominating amyloid-beta effects, in Alzheimer models in vivo. Nat Neurosci. 22 (1), 57-64 (2019).
  22. Velazquez, R., et al. Maternal choline supplementation ameliorates Alzheimer’s disease pathology by reducing brain homocysteine levels across multiple generations. Molecular Psychiatry. , (2019).
  23. Huo, Q., et al. Prefrontal Cortical GABAergic Dysfunction Contributes to Aberrant UP-State Duration in APP Knockout Mice. Cerebral Cortex. 27 (8), 4060-4072 (2017).
  24. Palop, J. J., et al. Aberrant excitatory neuronal activity and compensatory remodeling of inhibitory hippocampal circuits in mouse models of Alzheimer’s disease. Neuron. 55 (5), 697-711 (2007).
  25. Ang, G., et al. Absent sleep EEG spindle activity in GluA1 (Gria1) knockout mice: relevance to neuropsychiatric disorders. Translational Psychiatry. 8 (1), 154 (2018).
  26. Funk, C. M., Honjoh, S., Rodriguez, A. V., Cirelli, C., Tononi, G. Local Slow Waves in Superficial Layers of Primary Cortical Areas during REM Sleep. Current Biology. 26 (3), 396-403 (2016).
  27. Gregoriou, G. G., Gotts, S. J., Zhou, H., Desimone, R. High-frequency, long-range coupling between prefrontal and visual cortex during attention. Science. 324 (5931), 1207-1210 (2009).
  28. Zheng, C., Bieri, K. W., Hsiao, Y. T., Colgin, L. L. Spatial Sequence Coding Differs during Slow and Fast Gamma Rhythms in the Hippocampus. Neuron. 89 (2), 398-408 (2016).
  29. Freeman, W. J., Holmes, M. D., West, G. A., Vanhatalo, S. Fine spatiotemporal structure of phase in human intracranial EEG. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 117 (6), 1228-1243 (2006).
  30. Fries, P. Rhythms for Cognition: Communication through Coherence. Neuron. 88 (1), 220-235 (2015).
  31. Cardin, J. A., et al. Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses. Nature. 459 (7247), 663-667 (2009).
  32. Verret, L., et al. Inhibitory interneuron deficit links altered network activity and cognitive dysfunction in Alzheimer model. Cell. 149 (3), 708-721 (2012).
  33. Ahlbeck, J., Song, L., Chini, M., Bitzenhofer, S. H., Hanganu-Opatz, I. L. Glutamatergic drive along the septo-temporal axis of hippocampus boosts prelimbic oscillations in the neonatal mouse. Elife. 7, (2018).
  34. Spellman, T., et al. Hippocampal-prefrontal input supports spatial encoding in working memory. Nature. 522 (7556), 309-314 (2015).
  35. Vandecasteele, M., et al. Optogenetic activation of septal cholinergic neurons suppresses sharp wave ripples and enhances theta oscillations in the hippocampus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (37), 13535-13540 (2014).
  36. Seidenbecher, T., Laxmi, T. R., Stork, O., Pape, H. C. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301 (5634), 846-850 (2003).
  37. Zitnik, G. A., Curtis, A. L., Wood, S. K., Arner, J., Valentino, R. J. Adolescent Social Stress Produces an Enduring Activation of the Rat Locus Coeruleus and Alters its Coherence with the Prefrontal Cortex. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 41 (5), 1376-1385 (2015).
  38. Rogers, L. J., Zucca, P., Vallortigara, G. Advantages of having a lateralized brain. Proceedings. Biological sciences / The Royal Society. 271, 420-422 (2004).
  39. Vallortigara, G. The evolutionary psychology of left and right: costs and benefits of lateralization. Developmental psychobiology. 48 (6), 418-427 (2006).
  40. MacNeilage, P. F., Rogers, L. J., Vallortigara, G. Origins of the left, right brain. Scientific American. 301 (1), 60-67 (2009).
  41. Habas, P. A., et al. Early folding patterns and asymmetries of the normal human brain detected from in utero MRI. Cerebral cortex. 22 (1), 13-25 (2012).
  42. Dennis, N. A., Kim, H., Cabeza, R. Effects of aging on true and false memory formation: an fMRI study. Neuropsychologia. 45 (14), 3157-3166 (2007).
  43. Cabeza, R., et al. Task-independent and task-specific age effects on brain activity during working memory, visual attention and episodic retrieval. Cerebral cortex. 14 (4), 364-375 (2004).
  44. Cherbuin, N., Reglade-Meslin, C., Kumar, R., Sachdev, P., Anstey, K. J. Mild Cognitive Disorders are Associated with Different Patterns of Brain asymmetry than Normal Aging: The PATH through Life Study. Frontiers in psychiatry / Frontiers Research Foundation. 1, 11 (2010).
  45. Jankowsky, J. L., et al. Mutant presenilins specifically elevate the levels of the 42 residue beta-amyloid peptide in vivo: evidence for augmentation of a 42-specific gamma secretase. Human molecular genetics. 13 (2), 159-170 (2004).
  46. Radde, R., et al. Abeta42-driven cerebral amyloidosis in transgenic mice reveals early and robust pathology. EMBO reports. 7 (9), 940-946 (2006).
  47. Lacor, P. N., et al. Abeta oligomer-induced aberrations in synapse composition, shape, and density provide a molecular basis for loss of connectivity in Alzheimer’s disease. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 27 (4), 796-807 (2007).

Tags

Keywords: Hemisphere LateralizationBilateral Local Field PotentialSecondary Motor CortexMiceElectrophysiologyNeuronal ActivitySynchronizationAlzheimer’s DiseaseAnesthesiaStereotaxic ApparatusMicroelectrodesM2 RegionLFP RecordingCross-correlation Analysis
check_url/pt/59310?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Chen, Y., Li, M., Zheng, Y., Yang, L. Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice. J. Vis. Exp. (149), e59310, doi:10.3791/59310 (2019).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image